JPS59138111A - 超高周波電気信号増幅器の利得の温度ドリフトを補償する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、超高周波電気信号増幅器の利得の温度ドリフ
トを補償するための装置に関する。

（背景技術） 調整ループ（、％ｅｇｕｌａｔｉｏｎ　１ｏｏｐ）を用
いて増幅器の利得を安定化させることが知られている。

この方法によれば、増幅器の出力電力の一部がカプラに
よって取り出されて検出器□ドリフトは温度補償されて
いる検出ダイオードによって通常形成される−の入力に
与えられ、この検出器は比較器の第１の入力に直流電圧
を出力する。比較器の出力は、振幅が検出された電圧と
しきい値又は基準電圧との間の差に比例する誤差信号を
出力する。

得られた誤差信号は増幅チェーン内に設けられたアッテ
ネータの減衰率に作用し、この結果増幅器の出力におけ
る電力レベルは、温度変化ｋ、ががゎらず、一定に保た
れる。

しかしながら、この方法には次のような問題点が生ずる
。すなわち、増幅器が種々の周波数差を有する複数の周
波数を同時に伝送する場合には、検出器の出力電圧はも
はや温度変化の関数としてのみ変化せず、伝送された異
なる周波数の関数として変化し、従って検出器によって
出力された電圧によって、温度に基づく利得の変化を直
接補償することは、もはや不可能である。

また、増幅トランジスタのバイアス値に直接作用するこ
とによって、増幅器の利得を安定化させることが知られ
ている。この方法は、例えば、電界効果トランジスタの
制御ゲートに補正電圧を与えることにより電界効果トラ
ンジスタの温度ドリフトを補償し、これによりドレイン
電流を変化させて利得を変化させる。この方法を実行す
るためには、電界効果トランジスタのゲートのバイアス
値に正確に作用する温度感受性素子を選択することで十
分である。しかしながら、安定領域からはずれて動作す
る低レベルのトランジスタに適用可能なこの方法は、パ
ワー電界効果トランジスタを実際に用いることは極めて
困難である。実際、電界効果トランジスタの増幅チェー
ンの平均ドリフトは、摂氏温度当りほぼ００１５デシベ
ル−この値は増幅器を構成する段数によって乗算される
−である。従って、例えば、１００℃の範囲内で温度変
化を受けるトランジスタが８個縦続接続された増幅器チ
ェーンに対して、ピーク対ピークのドリフトは実質上１
２デシベルとなる。

従って、要求される大きな接続グイナミクス（ｄｙｎａ
ｍｉｃｓ　）のために、トランジスタのバイアスに作用
することにより補償する方法は、結局効率が悪い。

（発明の目的） 本発明の目的は、上述した問題点を解消することにある
。

この目的のために、本発明によれば、２ゲート電界効果
トランジスタと温度センサとを有し、前記２ゲート電界
効果トランジスタの第１のゲートは超高周波信号源に接
続され、第２のゲートは前記温度センサに接続され、前
記２ゲート電界効果トランジスタの出力は増幅器に接続
され、前記温度センサは温度変化の関数として前記２ゲ
ート電界効果トランジスタの利得を制御する超高周波用
増幅器の利得の温度ドリフトを補償する装置が提供され
る。

以下、本発明を図面に基づいて説明する。

（発明の構成及び作用） 第１図は、増幅器チェーンと超高周波信号源との間に接
続された本発明による装置のブロック図である。同図に
示される装置は、２ゲート電界効果トランジスタ１と線
形温度センサ２とを有する。

２ゲート電界効果トランジスタ１は公知のタイツ。

のものであり、ソース電極とドレイン電極との間に挿入
された２つのゲートによって形成されている。このタイ
プのトランジスタは、Ｎ　Ｅ　Ｃとして知られている１
１日本電気株式会社！１により、ＮＥ４６３８５０品名
で市販化されている。この動作をより理解するために、
２ゲート電界効果トランジスタ１は、２つの縦続接続さ
れた電界効果トランジスタ３と４を有する等価ダイヤグ
ラムにより、第１図に示されている。２ゲート電界効果
トランジスタ１の出力は、電界効果トランジスタ４のド
レインと電界効果トランジスタ３のソースとの間の共通
接続点により形成されている。２ゲート電界効果トラン
ジスタ１の出力は、超高周波増幅器５の入力に接続され
ている。２ゲート電界効果トランジスタ１の第１のゲー
トとしての役割をする電界効果トランジスタ４のゲート
は、超高周波信号源６の出力に接続されている。電界効
果トランジスタ４０ソース電極は、装置の全体アースに
接続されている。２ゲート電界効果トランジスタ上の第
２のゲートとしての役割をする電界効果トランジスタ３
のゲートは、温度センサ２の出力に接続されている。電
界効果トランジスタ３のドレインは、装置の外部に設け
られた電源（図示しない）により、電圧＋ＶＣＣにバイ
アスされている。２ゲート電界効果トランジスタ１から
出力される信号のレベルと、超高周波信号源６により与
えられる入力信号との割合に対応する２ゲート電界効果
トランジスタ１の利得の特性−これは温度センサ２によ
って２ゲート電界効果トランジスタ１の第２ゲートに与
えられる利得制御直流電圧の関数である−は、第２図の
グラフに示されている。このグラフにおいて、図示され
ている曲線は次の条件下におけるトランジスタＮＥ４６
３８５の測定された利得に相当する。ここでこのトラン
ジスタは、第１ゲート（電界効果トランジスタ４のゲー
ト）が−２，４５ボルトである直流電圧ｖＧｓ】によっ
てバイアスされ、電圧ＶＣＣは＋４ボルトであり、ドレ
イン電流ＩＤＯはｘｏＰＡである。２ゲート電界効果ト
ランジスタ１の第２ゲートに与えられた直流電圧である
値ｖＧｓ２は横座標に示されており、対応する利得値Ｇ
＝ｆであれば、２ゲート電界効果トランジスタ１の利得
は、０ないし約−３ボルトの電圧ＶＧＳ２の変化に対し
て、−１５ｄＢないし約＋８ｄＢにわたって変化する。

第３図に示される温度センサは、差動演算増幅器８を有
する。この増幅器はＩｆ　＋ｌ＋によって示された入力
とＩＩ　１１によって示された入力とを有し、電界効果
トランジスタ３のゲートを制御するために、出力信号Ｖ
ＧＳ２を出力する。差動演算増幅器８の出力は、抵抗９
−賜として示されており、積分キャパシタ１０が並列に
接続されて（・るーを介してＩＩ　−１１入力にループ
化されている。差動演算増幅器８のＩＩ　Ｉ＋入力は、
更に、Ｒｏとして示されて℃する抵抗１２を介してポテ
ンシオメータ１１のスライダに接続されている。ポテン
シオメータ１１の一端はセンサの全体アースＭ−これは
、装置の全体アースＭでもある−に接続され、他端はＲ
４として示されてい）抵抗１３を介して正電圧＋ＶＣを
供給する基準電源に接続されている。差動演算増幅器８
のＩＩ　＋ｎ入力は、Ｒ８として示されている抵抗１５
を介して、Ｒ９として示されているポテンシオメータ１
４のスライダの出力に接続されている。ポテンシオメー
タ１４の一端は、センサのアースＭに接続されている。

ポテンシオメータ１４の他端は、馬として示されている
ポテンシオメータ１６のスライダに接続されている。ポ
テンシオメータ１６の一端は、Ｒ３として示されている
抵抗１７を介して基準電圧源−ＶＣに接続され、他端は
Ｒ１として示されている抵抗１８と直列接続されたダイ
オード１９　、２０　、２１を介して、基準電圧＋Ｖｃ
を出力する供給源に接続されている。

抵抗１８の一端をダイオード１９のカソードに接続する
共通接続点は、サーミスタ又はこれと等価の他の手段の
如き温度の関数として変化する素子２２と、ＲＡによっ
て示されている可変抵抗ｎ−これらは直列に接続されて
いるーを介して、基準電圧＋Ｖｃを出力する供給源の出
力に接続されている。

基準電圧＋■ｃはツェナーダイオードＵによって与えら
れる。ここで、このダイオードのアノードはアースＭに
接続され、カソードは直列に接続された抵抗２５と２６
を介して電圧子Ｅを供給するセンサ外部に設けられた供
給源（図示しない）に接続されている。抵抗５と２６の
共通接続点は、抵抗２７を介してセンサのアースＭに接
続されている。同様に、基準電圧−ｖｃはツェナーダイ
オード四によって与えられる。ここで、ツェナーダイオ
ード２８のカソードはセンサのアースＭに接続され、ア
ノードは直列に接続された抵抗２９と閏を介して電圧−
Ｅを供給する、センサ外部に設けられた供給源（図示し
ない）に接続されている。抵抗２９と３０の共通接続点
は、キャパシタ３１によってセンサのアースＭに接続さ
れている。

上述した温度センサの動作は次のとおりである。

差動演算増幅器８は、ポテンシオメータ１１と１２のス
ライダにおいてそれぞれ得られた電圧ぬと■８との差を
増幅し、２ゲート電界効果トランジスタ１の第２ゲート
を制御するために、電圧ｖｃｓ２を供給する。電圧ＶＧ
Ｓ２は次の関係に従う。

ＶＧＳ２　＝　Ｇ　（Ｖｎ　−ＶＡ）　　　　　　　　
　　ｆｉｌここで、 電圧ｖＡは、ポテンシオメータ１１によって、ツェる。

この場合、次の関係式に従う。

ここで、Ｋ、はポテンシオメータ１１の電位比である。

他方において、電圧ＶＢは温度に従って変化し、ポテン
シオメータ１６のスライダの電位とセンサのアースＭと
の間に存在する電位差■Ｒから出力される。この電位差
は、ダイオード１９ないし２１のそれぞれの端子間に現
われる電圧の関数として変化する。実際、通常の温度５
℃において、ダイオードの端子間における電圧は約０７
ボルトであり、この電圧は周囲の温度が上昇すると小さ
くなる。周囲の温度が約８５℃に達すると、電圧Ｖｄは
１００ミリボルトはど減少する。逆に、周囲の温度が低
くなると、ダイオードの端子間における電圧Ｖｄは高く
なる。第３図の素子の助けをもって、簡単な計算にるに
充分である。すべての周囲温度において、Ｌが抵抗Ｒ１
を流れる電流であるとすれば、次の関係が成立する。

２ＶＣ＝　３■ｄ＋　（Ｒ，−１−Ｒ２＋　Ｒｓ　）　
；＝　　　　（４）及び この例において、抵抗風とＲ６を流れる電流Ｌ２と抵抗
Ｒ０を流れる電流Ｌ３は、電流りに対して無視すること
ができる。

関係式（５）は、更に、次の関係式として表現可能であ
る。

仮に、ある周囲温度に対して、ダイオード１９ないし２
１によって測定される温度が減少するとすれば、ダイオ
ードのそれぞれの端子における電圧は＋△Ｖｄだげ高く
なり、式（６）は次のようになる。

ＶＲ＋△■Ｒ＝■ｃ−３（Ｖｄ＋△Ｖｄ）−（Ｒ１＋ｋ
Ｒ２）Ｘここで、 Ｋ（１なので、１−には正である。

従って、温度が減少しているときに、電圧ｖＲがダイオ
ードの端子における電圧Ｖｄに比例して変化している間
は、電圧ｖＲは一層負になる。

第３図に示される装置のセンテングは、次のようにして
行なうことができる。

周囲基準温度、例えば５°Ｃにおいて、ポテンシオメー
タ１６は０ボルトの電圧ＶＲを与えるように調整され、
この結果ポテンシオメータ１４のスライダ上にＯボルト
の電圧ＶＢを得るように調整される。

ポテンシオメータ１１は増幅器８の出力に約−２，９ボ
ルトの電圧ＶＧＳ２を得るように調整される。これは、
第２図に従って、２ゲート電界効果トランジｌ２の比に
おいて電圧ＶＢの変化に追従する電圧ＶＧＳ２は一層負
になる。これにより、超高周波増幅器５の利得の対応す
る増加に対して補償する２ゲート電界効果トランジスタ
１の減衰量は、より大きくなるように制御される。この
補償は、電圧ＶＢを与えるポテンシオメータ１４の正確
なセッテングに対して、極めて正確に平衡がとられる。

反対に、周囲温度が２５°Ｃ以上に上昇したとき、電圧
ＶＧＳ２は一層正の方向に向い、この結果、増幅器５の
利得の減少に対して補償する２ゲート電界効果トランジ
スタ１の減衰量は、より小さくなるように制御される。

以下に説明する、センサ２によって制御される２ゲート
電界効果トランジスタの利得の変化が、６、ＩＧＨｚの
伝送周波数に対して、第４図に示されている。

第４図において、抵抗ｎがゼロであるときは、はぼ線形
の利得変化は一１０℃と７０℃の間において、−１１ｄ
Ｂないし約＋１ｄＢであり、抵抗おが１００ないし２０
０Ωの間の値であるときは、−１０，５ｄＢないし約−
３ｄＢであることがわかる。

得られた結果は、抵抗２３がゼロのときは、より大きな
ダイナミクスであることを示しており、この場合抵抗２
３はサーミスタ２２の役割を一層効果的なものとしてい
る。実際、周囲温度が高いときはサーミスタの抵抗は減
少し、その影響は３つのダイオード１９　、２０　、２
１の影響に対してもはや無視することはできない。これ
により、電界効果トランジスタのゲートはより小さく負
とされ、利得特性の曲線は第２図に示される２ゲート電
界効果トランジスタを制御する電圧ＶＧＳ２の関数とし
て補償される。この結果は、サーミスタ２２に直列に挿
入された抵抗器の値に従って改善可能である。

第５図に示されるグラフは、本発明の装置によって温度
補償された超高周波増幅器において行なわれた測定結果
である。同図から、超高周波増幅器５によって供給され
た出力電力は、−１Ｏ℃と＋５５℃て、はぼ一定に保た
れるーということがわかる。

曲線Ａは、−１０℃の温度に対する周波数の関数として
の利得特性を示している。曲線Ｂは５℃の温度に対する
周波数の関数としての利得特性を示し、曲線Ｃは＋５５
℃の温度に対する周波数の関数としての利得特性を示し
ている。

以上、本発明の原理を１つの実施例に基づき説明したが
、この説明は一例にすぎず、本発明の範囲を限定するも
のではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は増幅器チェーンと超高周波数信号源との間に接
続された本発明による装置のブロック図、第２図は２ゲ
ート電界効果トランジスタの第２のゲートに与えられた
制御電圧の関数としての２ゲート電界効果トランジスタ
の利得の変化を示すグラフ、第３図は第１図に示される
装置を構成するために用いられる線形温度センサを示す
図、第４図は温度センサによって駆動される２ゲート電
界効果トランジスタの利得の変化をポすグラフ、及び第
５図は本発明の装置を介して超高周波数信号源により与
えられた信号の周波数の関数としての増幅器の出力電力
の特性を示すグラフである。 １・・・２ゲート電界効果トランジスタ、２・・・温度
センサ、３．４・・・電界効果トランジスタ、５・・・
超高周波増幅器、６・・・超高周波信号源、８・・・差
動演算増幅器、２２・・・サーミスタ。 特許出願人 トムソンーセーエスエフ 特許出願代理人 弁理士　　　山　　本　　恵　　−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）２ゲート電界効果トランジスタと温度センサとを
   有し、前記２ゲート電界効果トランジスタの第１のゲー
   トは超高周波信号源に接続され、第２のゲートは前記温
   度センサに接続され、前記２ゲート電界効果トランジス
   タの出力は増幅器に接続され、前記温度センサは温度変
   化の関数として前記２ゲート電界効果トランジスタの利
   得を制御することを特徴とする超高周波電気信号増幅器
   の利得の温度ドリフトを補償する装置。 （２）前記２ゲート電界効果トランジスタの利得の変化
   は、温度の関数として線形に与えられることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の装置。 （３）　　前記温度センサは、温度が増加したときに、
   利得を増大させるように２ゲート電界効果トランジスタ
   に作用することを特徴とする特許請求の範囲第２項に記
   載の装置。 （４）前記温度センサは差動増幅器を有し、該第１の入
   力は温度の関数として可変電圧を発生する第１の手段に
   接続され、第２の入力は一定の基準電圧を供給する第２
   の手段に接続され、該第２の手段の出力は前記第１の手
   段によって供給された可変電圧と前記第２の手段によっ
   て供給された一定の電圧との差の関数として前記２ゲー
   ト電界効果トランジスタの利得を制御するために、前記
   ２ゲート電界効果トランジスタの第２のゲートに制御電
   圧を供給することを特徴とする特許請求の範囲第３項に
   記載の装置。 （５）前記第１の手段は、直列に接続された複数のダイ
   オードを有することを特徴とする特許請求の範囲第４項
   に記載の装置。 （６）前記第１の手段は、温度の関数として変化する少
   なくとも１つの素子に並列に接続された複数の直列に接
   続されたダイオードを有することを特徴とする特許請求
   の範囲第４項に記載の装置。 （力　前記第１の手段は、基準周囲温度のときには前記
   第１の手段の出力においてゼロボルトを得るために、前
   記第１の手段によって出力された電圧を調整するための
   手段に接続されることを特徴とする特許請求の範囲第６
   項に記載の装置。 （８）前記第２の手段は、前記２ゲート電界効果トラン
   ジスタの利得を周囲基準温度におけるある値に調整する
   ために基準電圧を調整するための手段を有することを特
   徴とする特許請求の範囲第４項に記載の装置。